El telescopio espacial James Webb analiza la atmósfera del exoplaneta TOI-5205 b, un gigante gaseoso que orbita una enana roja tan pequeña que su formación es considerada imposible

Imagen: Representación artística que muestra el tamaño relativo del sistema TOI-5205 b en comparación con planetas similares a Júpiter que orbitan alrededor de estrellas de tipo solar (Crédito: Katherine Cain, Carnegie)

El exoplaneta TOI-5205 b no debería existir. Fue apodado el «planeta prohibido» cuando se confirmó en 2023: un planeta del tamaño de Júpiter orbitando una enana roja tan pequeña y de tan baja masa que, según los modelos estándar de formación planetaria, no debería tener suficiente material en su disco protoplanetario para crear un gigante gaseoso.

El planeta existe, pero la teoría dice que no puede existir. Ahora, el primer análisis detallado de su atmósfera mediante el Telescopio Espacial James Webb (JWST), publicado en The Astronomical Journal por el equipo de Caleb Cañas del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y Shubham Kanodia de la Institución Carnegie, añade un segundo nivel de misterio: la composición de su atmósfera tampoco encaja con lo esperado.

Lo que el espectro revela y por qué es desconcertante

La espectroscopía de transmisión del JWST analiza cómo la luz de la estrella cambia al pasar por los bordes de la atmósfera del planeta durante los tránsitos. Diferentes moléculas absorben la luz en longitudes de onda distintas, produciendo huellas espectrales identificables. Para TOI-5205 b, los modelos esperaban una atmósfera relativamente rica en metales pesados (carbono, oxígeno, azufre, silicio) porque los planetas que orbitan estrellas de baja metalicidad tienden a enriquecerse en esos elementos durante su formación.

Pero el espectro del JWST muestra una atmósfera con una metalicidad sorprendentemente baja: menos elementos pesados de lo que predicen los modelos, y menos que la propia estrella que orbita. Esa relación invertida (el planeta más pobre en metales que su estrella) no tiene precedente claro en los exoplanetas conocidos.

Los autores proponen varias hipótesis para explicar esa anomalía: que el planeta se formó en una región exterior del disco donde los elementos pesados eran menos abundantes, que los elementos pesados se hundieron hacia el interior del planeta y no están en la atmósfera observable, o que hay contaminación estelar en las observaciones que distorsiona el espectro. La «contaminación estelar» (light contamination from unocculted star spots) es un efecto conocido en las enanas rojas, que son estrellas activas con manchas estelares grandes, y el análisis encontró efectivamente evidencias de ese efecto. Pero incluso corrigiéndolo, la metalicidad atmosférica sigue siendo anómalamente baja. TOI-5205 b sigue siendo prohibido en dos sentidos: por su existencia y por su composición.

La encuesta GEMS y el programa de planetas gigantes alrededor de enanas rojas

TOI-5205 b se descubrió dentro de la encuesta GEMS (Giant Exoplanet Survey with JWST), un programa dedicado a estudiar planetas gigantes que orbitan estrellas enanas rojas. Las enanas rojas son las estrellas más comunes de la galaxia (representan alrededor del 70% de todas las estrellas de la Vía Láctea) y son los sistemas donde la detección de exoplanetas por tránsito y la caracterización de sus atmósferas es más asequible técnicamente.

Sin embargo, los modelos de formación planetaria estándar predicen que las enanas rojas de baja masa no deberían poder formar planetas gigantes: sus discos protoplanetarios son demasiado pequeños y pobres en material. La existencia de TOI-5205 b y de otros gigantes orbitando enanas rojas descubiertos recientemente está poniendo a prueba esos modelos de formas que los teóricos todavía están intentando asimilar. Cada nueva observación de uno de esos planetas «prohibidos» añade información sobre los mecanismos de formación que los modelos no están capturando.

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